Способ регулирования температуры рабочей поверхности окисного нагревательного элемента

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (и684520 (73) Заявитель

Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

ОФИСНОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано для регулирования температуры окисного нагревательного элемента устройства. для резистивного нагрева.

Известен способ регулирования темпе5 ратуры окисного нагревательного элемента устройства для резистивного нагрева путем контактного позиционного регулирования силы тока, проходящего через о нагревательный элемент Pl) .

Недостатками известного способа являются невозможность достижения плавного изменения температуры, а также низкая точность регулирования за счет существенных колебаний силы тока и температуры в зоне регулирования.

Из известных способов наиболее близким к описываемому является способ регулирования температуры рабочей поверхност окисного нагревательного элемента путем регулирования тока, проходящего через него )2).

Однако при таком способе диапазон регулирования ограничен, так как максимальная температура рабочей поверхности этого элемента существенно ограничена тем, что температура в теле нагревательного элемента значительно превышает температуру его рабочей поверхности, что может привести к появлению раснлава в теле нагревательного элемента, Это обусловлено отрицательным температурным коэффициентом и низкой теплопроводностью материала окисного нагревательного элемента, приводящими к увели чению плотности электрического тоха во внутренних центральных областях элемента, нагретых выше его поверхностей, через которые происходит отвод тепла.

11елью изобретении является расширение диапазона регjjJIHpoBBEIHQ.

Эта цель достигается тем, что охлаждают поверхность, противолежащую рабочей поверхности нагревательного элемечта.

При охлаждении противолежащей поверхности температура материала вблизи

684520

Д

Через окисный нагревательный элемент из стабилизированной двуокиси циркония, выполненный в виде пластины размерами 230x115x20 мм, пропускали электрический ток переменного напряжения промышленной частоты. При этом электрический ток проходил вдоль пластины. Поверхность пластины, противолежащую рабочей поверхности элемента на расстоя»О нии 20 мм, подвергали охлаждению путем подачи на нее холодного воздуха от воздуходувки.

Степень охлаждения противолежащей поверхности была такой, чтобы температурный градиент по толщине нагревательного элемента не превышал значения разрушающего температурного градиента для двуокиси циркония — 50 /мм. Кроме того, охлаждение противолежащей поверхности производили до температуры не ниже 1150 С, которая является нижним о пределом области упруго-пластичной деформации материала окисного нагреватель25 ного элемента, в которой он обладает повышенной термостойкостью.

Результаты проведенных испытаний представлены в таблице.

2080

1930

1760

1600

1330

1260

1395

162

160

При локальном охлаждении противолежащей поверхности получали увеличение температуры на соответствующих участ50 ках рабочей поверхности, и тем самым обеспечивали требуемую деформацию температурного поля окисного нагревательного элемента.

Распределение температуры по толщине 55 окисного нагревательного элемента определяется при решении дифференциального уравнении теплопроводности для бесконечной пластины с внутренними источниками

3 этой поверхности уменьшается, а сопротивление увеличивается. Это приводит к тому, что плотность тока вблизи данной поверхности уменьшается, а вблизи рабочей поверхности — соответственно возрастает.

Увеличение плотности тока вблизи рабочей поверхности окисного нагревательного элемента в свою очередь приводит к повышению ее температуры. При этом максимум температуры смещается к рабочей поверхности окисного нагревательного элемента, что позволяет существенно повысить максимально возможную температуру рабочей поверхности этого элемента. Подвергая охлаждению определенные участки противолежащей поверхности нагревательного элемента, можно повышать температуру соответствующих отдельных участков его рабочей поверхности, и тем самым расширить диапазон регулирования.

На чертеже изображена кривая зависимости расположения максимума температур- по толщине окисного нагревательного элемента, выполненного в виде пластины, от соотношения тепловых потоков с рабочей поверхности и охлаждаемой противолежащей поверхности элемента.

Температура рабочей поверхо ности, С

Температура противолежащей о поверхности, С Сила электрического тока, с»

Рабочее напряжение, Q тепла, При решении этого уравнения зависимость плотности тепловыделения от температуры в какой-либо точке аппрокснмировалась линейной зависимостью. с4 = с» Ф Ьт (1) где с - плотность тепловыделения;

О g — константы, опред ляемые эксг и ерим енталь но;

Т - температура в выбранной точке нагревательного элемента, С учетом граничных условий температура в какой либо точке по толщине окис684520

ЦНИИПИ Заказ 5287/42 Тираж 1015 Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного нагревательно"o элемента определяется по следующей формуле: сов (х.(— ) 2@ 1 2 у (-. GV где о — ноеффнднент тепдопооводностн материала окисного нагревательного элемента;

Q - величина теплового потока с про1 тиволежащей охлаждаемой поверхности элемента; 15

0 - величина теплового потока с ра2 бочей поверхности элемента;

g- текущая координата точки по толщине пластины, отсчитываемая от оси симметрии пластины; 20 (7 — 1/2 толщина пластины.

Найденное из условия =0 для ат указанного уравнения (2), расположение максимальной температуры по толщине окисного нагревательного элемента может быть представлено в виде кривой на г; -.фике, где значения Х взяты в долях всей толщины этого элемента. Эта кривая показывает, что даже при небольшом относительном увеличении теплового потока с охлаждаемой поверхности происходит значительное смещение максимальной температуры к рабочей поверхности нагревательного элемента.

Изобретение позволяет получить дефор- З5 мированные температурные поля, необходимые для решения ряда важных задач, возникающих при термообработке тугоплавких материалов в окислительной атмосфере. В частности, оно имеет важное значение для вытягивания оптического волокна, при производстве которого требуется сочетание в едином технологическом про цессе доведения материала до степени размягчения и резкого охлаждения, а также для снятия напряжений в проволоке из драгоценных металлов.

Повышение максимальной температуры рабочей поверхности окнсного нагревательного элемента значительно расширяет сферу использования устройств для резистивного нагрева в различных областях науки и техники за счет возможности термообработки новых тугоплавких материа-. лов.

Формула изобретения

Способ регулирования температуры рабочей поверхности окисного нагревательного элемента путем регулирования тока, проходящего через него, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью расширения диапазона регулироваяия, охлаждают поверхность, противолежашую рабочей поверхности нагревательного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

4.R. У.6еИел.,Ч еМЫог УогпаГе we&

Some гейт1ра ResuHs u to 2oaoc"

3.КЮэЕси-сЬ hots Bur. Sion6a4fs,27ГЪ3

555- 66 (194f ); Се1 ат. АЬвФас1з. 24 Гз|ьВ

0912).

2. Патент Великобритании N 1278657, кл. Н 05 Б 3/42, F 27 Э 11/02, опублик. 21.06.72*